單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)，其單自由度過約束剪式可展單元包括含有八個(gè)花盤、四組剪叉折疊桿和八組折疊連桿，其中一組折疊連桿依靠連桿長度限制基本可展單元的展開程度，剩余七組折疊連桿均為過約束折疊連桿，過約束折疊連桿可有效提高基本可展單元的剛度，本實(shí)用新型的多個(gè)基本可展單元順序依次排列，且相鄰可展單元通過共用四個(gè)花盤和一組剪叉折疊桿可組成第一空間可展機(jī)構(gòu)和第二空間可展機(jī)構(gòu)，通過改變基本可展單元的數(shù)量，可以改變第一空間可展機(jī)構(gòu)的長度和第二空間可展機(jī)構(gòu)的大小。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，具有高度的結(jié)構(gòu)對稱性，適合于構(gòu)造空間伸展臂、太陽能電池陣支架和衛(wèi)星平面反射天線。
【專利說明】
單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種可展機(jī)構(gòu)，特別是一種空間可展機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天事業(yè)的發(fā)展，航天工程中需要的空間機(jī)構(gòu)尺寸越來越大，以滿足不同航天任務(wù)的需求，但由于受到航天運(yùn)載工具的空間限制，要求宇航空間機(jī)構(gòu)在發(fā)射階段必須折疊起來并收攏于整流罩內(nèi)，待航天器進(jìn)入軌道后，再依靠自帶的動(dòng)力源將其展開至工作狀態(tài)。在空間站、通信衛(wèi)星平臺、太空望遠(yuǎn)鏡、對地觀測、星球探測等航天任務(wù)中，各種類型的空間折展機(jī)構(gòu)得到了快速發(fā)展和應(yīng)用，如折展太陽能電池板、空間站基礎(chǔ)骨架、空間機(jī)械臂、空間伸展臂、大口徑折展天線、大型柔性太陽帆板支撐架等。
[0003]可展機(jī)構(gòu)一般有兩種穩(wěn)定狀態(tài):完全收攏狀態(tài)和完全展開狀態(tài)(工作狀態(tài))，依據(jù)不同的機(jī)構(gòu)展開收攏原理，國內(nèi)外航天科研院所提出了多種可展機(jī)構(gòu)。根據(jù)可展機(jī)構(gòu)的空間幾何形狀，可以分為線狀可展機(jī)構(gòu)、面狀可展機(jī)構(gòu)和體狀可展機(jī)構(gòu)，其中應(yīng)用最多的是面狀可展機(jī)構(gòu)，此類機(jī)構(gòu)可以展開成平面，被大量應(yīng)用于空間伸展臂、太陽能電池陣、衛(wèi)星天線支撐架等領(lǐng)域。根據(jù)可展機(jī)構(gòu)展開與收攏方式，可展機(jī)構(gòu)又可以分為鉸接桁架式可展機(jī)構(gòu)、變形材料可展機(jī)構(gòu)以及充氣展開式可展機(jī)構(gòu)，鉸接桁架式可展機(jī)構(gòu)主要由連桿和運(yùn)動(dòng)副組成，此類機(jī)構(gòu)具有收攏折疊比較大、精度高、可重復(fù)收攏展開性好和壽命長的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于空間站基礎(chǔ)骨架、空間伸展臂以及大口徑折展天線等領(lǐng)域，同時(shí)此類機(jī)構(gòu)也存在著鉸接點(diǎn)多、自由度較多、構(gòu)造工藝復(fù)雜、控制復(fù)雜等缺點(diǎn)。變性材料可展機(jī)構(gòu)采用具有大彈性變形的材料作為可展機(jī)構(gòu)的主體材料，在折疊收攏狀態(tài)下材料發(fā)生變形而儲存彈性變形能，釋放后依靠彈性變性能驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為展開狀態(tài)，構(gòu)造工藝相對簡單，但是可重復(fù)收攏展開性差，精度較低。充氣展開式可展機(jī)構(gòu)原理為用柔性材料制成密閉結(jié)構(gòu)，入軌后靠填充氣體將密閉結(jié)構(gòu)展開的一類可展機(jī)構(gòu)，具有質(zhì)量小、折疊比大的優(yōu)點(diǎn)，但是形面精度較低，結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性差，剛度較低，技術(shù)尚不成熟。
[0004]目前，在軌運(yùn)行的空間伸展臂、折展天線等結(jié)構(gòu)較多的采用鉸接桁架式可展機(jī)構(gòu)形式，如俄羅斯“聯(lián)盟號”飛船上的四面體構(gòu)架天線、日本菊8號衛(wèi)星上的六面體可展單元桁架式拋物面天線、日本JAXA為工程實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星ETS-VIII研制的由14個(gè)六棱柱鋼化結(jié)構(gòu)單元組成的桁架式天線反射器、美國用于三維地形觀測的60m可折展雷達(dá)支撐臂、美國Thuraya衛(wèi)星上口徑為12.25m的Astro Mesh環(huán)形桁架折展天線等。隨著航天事業(yè)的快速發(fā)展，航天工程中所需要的鉸接桁架空間可展機(jī)構(gòu)不斷向著大尺度、大折疊比、高精度、高剛度、易于控制方向發(fā)展，因此，需要在現(xiàn)有可展機(jī)構(gòu)相關(guān)研究基礎(chǔ)上提出自由度少、制造工藝性好、剛度高、折疊比大等性能優(yōu)良的可展機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種自由度少、結(jié)構(gòu)簡單、折疊比大、剛度高、展開性能好、可靠性高、易于控制的單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)。
[0006]本實(shí)用新型的單自由度過約束剪式可展單元為單自由度多閉環(huán)六面體基本可展單元，其包括八個(gè)剪叉桿、十六個(gè)連桿和八個(gè)花盤;所述八個(gè)剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個(gè)剪叉桿為一組，其兩剪叉桿中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，八個(gè)剪叉桿共組成四組剪叉折疊桿，四組剪叉折疊桿對稱分布在基本可展單元的四個(gè)側(cè)面上，處于對側(cè)位置的剪叉折疊桿折展方向相同；所述十六個(gè)連桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個(gè)連桿為一組，其兩個(gè)連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，十六個(gè)連桿共組成八組折疊連桿，八組折疊連桿對稱分布在基本可展單元的上下兩個(gè)面上，上下兩個(gè)面均有四組折疊連桿，且處于對側(cè)位置的折疊連桿折展方向相同；所述八個(gè)花盤結(jié)構(gòu)完全相同，均為正方形花盤，花盤的每條邊上均開有三個(gè)槽口，中間槽口用于插入剪叉折疊桿并通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，兩側(cè)槽口用于插入折疊連桿并通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，三個(gè)槽口處的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，八個(gè)花盤對稱分布在基本可展單元的八個(gè)頂點(diǎn)上;每組剪叉折疊桿的四端分別插入與它處于同一平面頂點(diǎn)上的四個(gè)花盤的中間槽口，通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與連接兩個(gè)剪叉桿組成的剪叉折疊桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，每組剪叉折疊桿中共連接有五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和對側(cè)剪叉折疊桿上位置相對的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合;每組折疊連桿的兩端分別插入平行的兩個(gè)花盤的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與連接兩個(gè)連桿組成的折疊連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，每組折疊連桿共連接有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和處于同一平面對側(cè)折疊連桿上位置相對的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，分布在基本可展單元的上下兩個(gè)面上折展方向相同的折疊桿上的各轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線以及兩個(gè)側(cè)面上具有相同折展方向的剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行。
[0007]所述基本可展開單元中，折疊連桿的長度限制基本可展單元的展開程度，當(dāng)折疊連桿完全伸直即折疊連桿上三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共面時(shí)，基本可展單元便處于完全展開狀態(tài)，八組折疊連桿中的任意七組折疊連桿均為過約束連桿，起到提高基本可展單元?jiǎng)偠鹊淖饔?，另外一組折疊連桿依靠連桿長度限制基本可展單元的展開程度。
[0008]本實(shí)用新型的單自由度過約束剪式可展單元組成的第一空間可展機(jī)構(gòu)，它包括多個(gè)基本可展單元，多個(gè)基本可展單元按順序橫向排列，相鄰的基本可展單元共用四個(gè)花盤和一組剪叉折疊桿，其中，共用的一組剪叉折疊桿的四端分別插入共用的四個(gè)花盤的中間槽口，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與花盤連接，相鄰的兩組折疊連桿的兩端分別插入上述四個(gè)共用花盤的左側(cè)槽口，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與花盤連接，相鄰的另外兩組折疊連桿的兩端分別插入上述四個(gè)共用花盤的右側(cè)槽口，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與花盤連接;通過改變基本可展單元的數(shù)量，能夠改變第一空間可展機(jī)構(gòu)的長度。
[0009]本實(shí)用新型的單自由度過約束剪式可展單元組成的第二空間可展機(jī)構(gòu)，它包括多個(gè)基本可展單元，多個(gè)基本可展單元按順序橫向和縱向排列，相鄰基本可展單元通過共用四個(gè)花盤和一組剪叉折疊桿，其連接方式與第一空間可展機(jī)構(gòu)相同；通過改變基本可展單元的數(shù)量，能夠改變第二空間可展機(jī)構(gòu)的大小。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011]1、本實(shí)用新型為六面體空間可展單元，折疊比大，含有多個(gè)過約束折疊連桿，剛度高，抗震性能好。
[0012]2、本實(shí)用新型為單自由度空間基本可展單元，即只需一個(gè)驅(qū)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)單元的展開與收攏運(yùn)動(dòng)，展開性能好，可靠性高。
[0013]3、結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副，易于實(shí)現(xiàn)工程制造。
[0014]4、具有高度的結(jié)構(gòu)對稱性，通過對多個(gè)可展單元的組裝，可以形成不同的大尺度的空間可展機(jī)構(gòu)，適合于構(gòu)造空間伸展臂、太陽能電池陣支架和衛(wèi)星平面反射天線。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型基本可展單元的立體示意簡圖；
[0016]圖2是圖1完全展開狀態(tài)的立體示意簡圖；
[0017]圖3是圖1完全收攏狀態(tài)的立體示意簡圖；
[0018]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例2完全展開狀態(tài)的立體示意簡圖；
[0019]圖5是圖4半展開狀態(tài)的立體示意簡圖；
[0020]圖6是圖4完全收擾狀態(tài)的立體不意fg]圖；
[0021 ]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例3完全展開狀態(tài)的立體示意簡圖；
[0022]圖8是圖7半展開狀態(tài)的立體示意簡圖；
[0023]圖9是圖7完全收攏狀態(tài)的立體示意簡圖。
[0024]圖中:1:第一花盤、2:第一連桿、3:第二連桿、4:第二花盤、5:第一剪叉桿、6:第二剪叉桿、7:第三剪叉桿、8:第三花盤、9:第四連桿、10:第四花盤、11:第三剪叉桿、12:第五連桿、13:第六連桿、14:第七連桿、15:第八連桿、16:第四剪叉桿、17:第五花盤、18:第九連桿、19:第六花盤、20:第十連桿、21:第五剪叉桿、22:第六剪叉桿、23:第十一連桿、24:第十二連桿、25:第七花盤、26:第八花盤、27:第七剪叉桿、28:第十三連桿、29:第十四連桿、30:第十五連桿、31:第十六連桿、32:第八剪叉桿。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]在圖1所示的單自由度過約束剪式可展單元示意圖中，八個(gè)剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個(gè)剪叉桿為一組，其兩剪叉桿中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，八個(gè)剪叉桿共組成四組剪叉折疊桿，四組剪叉折疊桿對稱分布在基本可展單元的四個(gè)側(cè)面上，處于對側(cè)位置的剪叉折疊桿折展方向相同；十六個(gè)連桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個(gè)連桿為一組，其兩個(gè)連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，十六個(gè)連桿共組成八組折疊連桿，八組折疊連桿對稱分布在基本可展單元的上下兩個(gè)面上，上下兩個(gè)面均有四組折疊連桿，且處于對側(cè)位置的折疊連桿折展方向相同；八個(gè)花盤結(jié)構(gòu)完全相同，均為正方形花盤，花盤的每條邊上均開有三個(gè)槽口，中間槽口用于插入剪叉折疊桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，兩側(cè)槽口用于插入折疊連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，三個(gè)槽口處的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，八個(gè)花盤對稱分布在基本可展單元的八個(gè)頂點(diǎn)上;每組剪叉折疊桿的四端分別插入與它處于同一平面頂點(diǎn)上的四個(gè)花盤的中間槽口，通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，每組折疊連桿的兩端分別插入平行的兩個(gè)花盤的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接。
[0027]第一剪叉桿5和第二剪叉桿6中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第一剪叉折疊桿，第三剪叉桿11和第四剪叉桿16中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第二剪叉折疊桿，第五剪叉桿21和第六剪叉桿22中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第三剪叉折疊桿，第七剪叉桿27和第八剪叉桿32中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第四剪叉折疊桿，第一剪叉折疊桿的四端分別插入第一花盤1、第二花盤4、第三花盤8、第四花盤10的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第一剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第二剪叉折疊桿的四端分別插入第二花盤4、第四花盤10、第五花盤17、第七花盤25的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第二剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第三剪叉折疊桿的四端分別插入第五花盤17、第六花盤19、第七花盤25、第八花盤26的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第三剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行；第四剪叉折疊桿的四端分別插入第一花盤1、第三花盤8、第六花盤19、第八花盤26的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第四剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第一剪叉折疊桿和第三剪叉折疊桿對應(yīng)位置處的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第二剪叉折疊桿和第四剪叉折疊桿對應(yīng)位置處的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合。
[0028]第三連桿7和第四連桿9的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第一折疊連桿，第五連桿12和第八連桿15的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第二折疊連桿，第九連桿18和第十連桿20的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第三折疊連桿，第六連桿13和第七連桿14的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第四折疊連桿，第一連桿2和第二連桿3的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第五折疊連桿，第十六連桿31和第十三連桿28的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第六折疊連桿，第十一連桿23和第十二連桿24的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第七折疊連桿，第十四連桿29和第十五連桿30的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第八折疊連桿;第一折疊連桿的兩端分別插入平行的第三花盤8和第四花盤10的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第一折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第二折疊連桿的兩端分別插入平行的第四花盤10和第五花盤17的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第二折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第三折疊連桿的兩端分別插入平行的第五花盤17和第六花盤19的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第三折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第四折疊連桿的兩端分別插入平行的第三花盤8和第六花盤19的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第四折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第五折疊連桿的兩端分別插入平行的第一花盤I和第二花盤4的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第五折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第六折疊連桿的兩端分別插入平行的第二花盤4和第七花盤25的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第六折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第七折疊連桿的兩端分別插入平行的第七花盤25和第八花盤26的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第七折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第八折疊連桿的兩端分別插入平行的第一花盤I和第八花盤26的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第八折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第一折疊連桿和第三折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第二折疊連桿和第四折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第五折疊連桿和第七折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第六折疊連桿和第八折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第一折疊桿與第三折疊桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和第五折疊桿和第七折疊桿上對應(yīng)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，第二折疊桿與第四折疊桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和第六折疊桿和第八折疊桿上對應(yīng)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。
[0029]如圖2和圖3所示，折疊連桿的長度可限制基本可展單元的展開程度，當(dāng)折疊連桿完全伸直即折疊連桿上三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共面時(shí)，基本可展單元便處于完全展開狀態(tài)，當(dāng)折疊連桿完全收攏時(shí)，基本可展單元便處于完全收攏狀態(tài)，八組折疊連桿中的任意七組折疊連桿均為過約束連桿，有利于提高基本可展單元的整體剛度，另外一組折疊連桿依靠連桿長度限制基本可展單元的展開程度。
[0030]實(shí)施例2
[0031]如圖4-圖6所示，單自由度過約束剪式可展單元組成的第一空間可展機(jī)構(gòu)包括多個(gè)基本可展單元，每個(gè)基本可展單元的部件和連接方式與實(shí)施例1相同，多個(gè)基本可展單元按順序橫向排列，相鄰的基本可展單元共用四個(gè)花盤和一組剪叉折疊桿，其中，共用的一組剪叉折疊桿的四端分別插入共用的四個(gè)花盤的中間槽口，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與花盤連接，相鄰的兩組折疊連桿的兩端分別插入上述四個(gè)共用花盤的左側(cè)槽口，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與花盤連接，相鄰的另外兩組折疊連桿的兩端分別插入上述四個(gè)共用花盤的右側(cè)槽口，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與花盤連接;通過改變基本可展單元的數(shù)量，能夠改變第一空間可展機(jī)構(gòu)的長度。
[0032]第一個(gè)基本可展單元的第五剪叉桿21和第六剪叉桿22中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成的第三剪叉折疊桿為與第二個(gè)橫向基本可展單元的共用剪叉折疊桿，第二個(gè)橫向基本可展單元的第三剪叉桿IV和第四剪叉桿16'中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第二剪叉折疊桿，第七剪叉桿27'和第八剪叉桿32'中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第四剪叉折疊桿，第五剪叉桿21'和第六剪叉桿22'中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成的第三剪叉折疊桿為與第三個(gè)橫向基本可展單元的共用剪叉折疊桿;第二個(gè)橫向基本可展單元的第二剪叉折疊桿的四端分別插入第五花盤
17、第七花盤25、第十花盤34'、第十二花盤36'的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第二剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第四剪叉折疊桿的四端分別插入第六花盤19、第八花盤26、第九花盤33'、第^^一花盤35'的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第四剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行；與第三個(gè)橫向基本可展單元的共用的第三剪叉折疊桿的四端分別插入第九花盤33'、第十花盤34'、第十一花盤35'、第十二花盤36'的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接；
[0033]第二個(gè)橫向基本可展單元的第三連桿V和第四連桿Y的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第一折疊連桿，第五連桿12'和第八連桿15'的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第二折疊連桿，第九連桿18'和第十連桿2(T的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第三折疊連桿，第六連桿13'和第七連桿14'的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第四折疊連桿，第一連桿2'和第二連桿3'的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第五折疊連桿，第十六連桿31'和第十三連桿28'的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第六折疊連桿，第十一連桿23'和第十二連桿24'的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第七折疊連桿，第十四連桿29'和第十五連桿30'的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第八折疊連桿；
[0034]第一折疊連桿的兩端分別插入平行的第五花盤17和第六花盤19的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第一折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第二折疊連桿的兩端分別插入平行的第五花盤17和第十二花盤36'的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第二折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第三折疊連桿的兩端分別插入平行的第十一花盤35'和第十二花盤36'的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第三折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第四折疊連桿的兩端分別插入平行的第六花盤19和第十一花盤357的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第四折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第五折疊連桿的兩端分別插入平行的第七花盤25和第八花盤26的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第五折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第六折疊連桿的兩端分別插入平行的第八花盤26和第九花盤33'的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第六折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第七折疊連桿的兩端分別插入平行的第九花盤33'和第十花盤的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第七折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第八折疊連桿的兩端分別插入平行的第七花盤25和第十花盤34'的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第八折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行。其它橫向基本可展單元的的連接方式與第二個(gè)橫向基本可展單元的連接方式相同。圖4為第一空間可展機(jī)構(gòu)完全展開狀態(tài)，圖5為半展開狀態(tài)，圖6為完全收攏狀態(tài)。
[0035]實(shí)施例3
[0036]如圖7-圖9所示，單自由度過約束剪式可展單元組成的第二空間可展機(jī)構(gòu)包括多個(gè)基本可展單元，多個(gè)基本可展單元按順序橫向和縱向排列，相鄰基本可展單元通過共用四個(gè)花盤和一組剪叉折疊桿，其連接方式與第一空間可展機(jī)構(gòu)相同；通過改變基本可展單元的數(shù)量，能夠改變第二空間可展機(jī)構(gòu)的大小。
[0037]多個(gè)基本可展單元按順序橫向排列的方式和連接關(guān)系與實(shí)施例2相同，縱向排列時(shí)，第一個(gè)基本可展單元的第三剪叉桿11和第四剪叉桿16中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成的第二剪叉折疊桿為與第二個(gè)縱向基本可展單元的共用剪叉折疊桿，第二個(gè)縱向基本可展單元的第一剪叉桿5〃和第二剪叉桿6〃中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第一剪叉折疊桿，第三剪叉桿11〃和第四剪叉桿16〃中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第二剪叉折疊桿為與第三個(gè)縱向基本可展單元的共用剪叉折疊桿，第五剪叉桿21〃和第六剪叉桿22〃中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成的第三剪叉折疊桿為與第二排橫向第二個(gè)基本可展單元的共用剪叉折疊桿;第二個(gè)縱向基本可展單元的第一剪叉折疊桿的四端分別插入第二花盤4、第四花盤10、第九'花盤33〃、第十一'花盤35〃的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第一剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;與第三個(gè)縱向基本可展單元的共用的第二剪叉折疊桿的四端分別插入第九'花盤33〃、第十'花盤34〃、第十一'花盤35〃、第十二'花盤36〃的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第四剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行；與第二排第二個(gè)橫向基本可展單元的共用的第三剪叉折疊桿的四端分別插入第七花盤25、第五花盤17、第十'花盤34〃、第十二'花盤36〃的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接；
[0038]第二個(gè)縱向基本可展單元的第三連桿7〃和第四連桿9〃的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第一折疊連桿，第五連桿12〃和第八連桿15〃的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第二折疊連桿，第九連桿18〃和第十連桿20〃的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第三折疊連桿，第六連桿13〃和第七連桿14〃的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第四折疊連桿，第一連桿2〃和第二連桿3〃的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第五折疊連桿，第十六連桿31〃和第十三連桿28〃的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第六折疊連桿，第十一連桿23〃和第十二連桿24〃的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第七折疊連桿，第十四連桿29〃和第十五連桿30〃的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第八折疊連桿;第一折疊連桿的兩端分別插入平行的第四花盤10和第十一7花盤35〃的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第一折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第二折疊連桿的兩端分別插入平行的第十一'花盤35〃和第十二'花盤36〃的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第二折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第三折疊連桿的兩端分別插入平行的第五花盤17和第十二'花盤36〃的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第三折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行；第四折疊連桿的兩端分別插入平行的第四花盤10和第五花盤17的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第四折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第五折疊連桿的兩端分別插入平行的第二花盤4和第九7花盤33〃的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第五折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第六折疊連桿的兩端分別插入平行的第九'花盤33〃和第十'花盤34〃的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第六折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第七折疊連桿的兩端分別插入平行的第七花盤25和第十'花盤34〃的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第七折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第八折疊連桿的兩端分別插入平行的第二花盤4和第七花盤25的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第八折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行。
[0039]其它橫向和縱向基本可展單元的的連接方式與實(shí)施例2和第二個(gè)縱向向基本可展單元的連接方式相同。
[0040]圖7為第二空間可展機(jī)構(gòu)完全展開狀態(tài)，圖8為半展開狀態(tài)，圖9為完全收攏狀態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)，其特征在于:單自由度過約束剪式可展單元為單自由度多閉環(huán)六面體基本可展單元，其包括八個(gè)剪叉桿、十六個(gè)連桿和八個(gè)花盤;所述八個(gè)剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個(gè)剪叉桿為一組，其兩剪叉桿中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，組成四組剪叉折疊桿，四組剪叉折疊桿對稱分布在基本可展單元的四個(gè)側(cè)面上，處于對側(cè)位置的剪叉折疊桿折展方向相同;所述十六個(gè)連桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個(gè)連桿為一組，其兩個(gè)連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，組成八組折疊連桿，八組折疊連桿對稱分布在基本可展單元的上下兩個(gè)面上，上下兩個(gè)面均有四組折疊連桿，且處于對側(cè)位置的折疊連桿折展方向相同；所述八個(gè)花盤結(jié)構(gòu)完全相同，均為正方形花盤，花盤的每條邊上均開有三個(gè)槽口，中間槽口用于插入剪叉折疊桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，兩側(cè)槽口用于插入折疊連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，三個(gè)槽口處的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，八個(gè)花盤對稱分布在基本可展單元的八個(gè)頂點(diǎn)上;每組剪叉折疊桿的四端分別插入與它處于同一平面頂點(diǎn)上的四個(gè)花盤的中間槽口，通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與連接兩個(gè)剪叉桿組成的剪叉折疊桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，每組剪叉折疊桿中共連接有五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和對側(cè)剪叉折疊桿上位置相對的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合;每組折疊連桿的兩端分別插入平行的兩個(gè)花盤的側(cè)槽口，通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與連接兩個(gè)連桿組成的折疊連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，每組折疊連桿共連接有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和處于同一平面對側(cè)折疊連桿上位置相對的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，分布在基本可展單元的上下兩個(gè)面上折展方向相同的折疊桿上的各轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線以及兩個(gè)側(cè)面上具有相同折展方向的剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行。2.權(quán)利要求1所述的單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述單自由度過約束剪式可展單元的第一剪叉桿和第二剪叉桿中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第一剪叉折疊桿，第三剪叉桿和第四剪叉桿中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第二剪叉折疊桿，第五剪叉桿和第六剪叉桿中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第三剪叉折疊桿，第七剪叉桿和第八剪叉桿中間通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第四剪叉折疊桿，第一剪叉折疊桿的四端分別插入第一花盤、第二花盤、第三花盤、第四花盤的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第一剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第二剪叉折疊桿的四端分別插入第二花盤、第四花盤、第五花盤、第七花盤的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第二剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第三剪叉折疊桿的四端分別插入第五花盤、第六花盤、第七花盤、第八花盤的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第三剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第四剪叉折疊桿的四端分別插入第一花盤、第三花盤、第六花盤、第八花盤的中間槽口，并通過四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與四個(gè)花盤連接，第四剪叉折疊桿上的五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第一剪叉折疊桿和第三剪叉折疊桿對應(yīng)位置處的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第二剪叉折疊桿和第四剪叉折疊桿對應(yīng)位置處的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合； 第三連桿和第四連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第一折疊連桿，第五連桿和第八連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第二折疊連桿，第九連桿和第十連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第三折疊連桿，第六連桿和第七連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第四折疊連桿，第一連桿和第二連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第五折疊連桿，第十六連桿和第十三連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第六折疊連桿，第十一連桿和第十二連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第七折疊連桿，第十四連桿和第十五連桿的一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副連接組成第八折疊連桿;第一折疊連桿的兩端分別插入平行的第三花盤和第四花盤的側(cè)槽口，并通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第一折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第二折疊連桿的兩端分別插入平行的第四花盤和第五花盤的側(cè)槽口，并通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第二折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第三折疊連桿的兩端分別插入平行的第五花盤和第六花盤的側(cè)槽口，并通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第三折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第四折疊連桿的兩端分別插入平行的第三花盤和第六花盤的側(cè)槽口，并通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第四折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第五折疊連桿的兩端分別插入平行的第一花盤和第二花盤的側(cè)槽口，并通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第五折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第六折疊連桿的兩端分別插入平行的第二花盤和第七花盤的側(cè)槽口，并通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第六折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第七折疊連桿的兩端分別插入平行的第七花盤和第八花盤的側(cè)槽口，并通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第七折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行，第八折疊連桿的兩端分別插入平行的第一花盤和第八花盤的側(cè)槽口，并通過兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副與兩個(gè)花盤連接，第八折疊連桿上的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行;第一折疊連桿和第三折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第二折疊連桿和第四折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第五折疊連桿和第七折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第六折疊連桿和第八折疊連桿上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合，第一折疊桿與第三折疊桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和第五折疊桿和第七折疊桿上對應(yīng)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，第二折疊桿與第四折疊桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和第六折疊桿和第八折疊桿上對應(yīng)位置的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行。3.權(quán)利要求1或2所述的單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述四組剪叉折疊桿對稱分布在基本可展單元的四個(gè)側(cè)面上，處于對側(cè)位置的剪叉折疊桿折展方向相同，每組剪叉折疊桿中共有五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，連接花盤的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與連接兩個(gè)剪叉桿組成此剪叉折疊桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和對側(cè)剪叉折疊桿上位置相對的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合。4.權(quán)利要求1或2所述的單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述八組折疊連桿對稱分布在基本可展單元的上下兩個(gè)面上，上下兩個(gè)面均有四組折疊連桿，且處于對側(cè)位置的折疊連桿折展方向相同，每組折疊連桿共連接有三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，連接花盤的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與連接兩個(gè)連桿組成此折疊連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線分別和處于同一平面對側(cè)折疊連桿上位置相對的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線重合。5.權(quán)利要求1或2所述的單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)，其特征在于:分布在基本可展單元上下兩個(gè)面上折展方向相同的折疊桿上的各轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線以及兩個(gè)側(cè)面上具有相同折展方向的剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均平行。6.權(quán)利要求1或2所述的單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)，其特征在于:由單自由度過約束剪式可展單元組成的第一空間可展機(jī)構(gòu)，它包括多個(gè)基本可展單元，多個(gè)基本可展單元按順序橫向排列，相鄰的基本可展單元共用四個(gè)花盤和一組剪叉折疊桿，其中，共用的一組剪叉折疊桿的四端分別插入共用的四個(gè)花盤的中間槽口，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與花盤連接，相鄰的兩組折疊連桿的兩端分別插入上述四個(gè)共用花盤的左側(cè)槽口，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與花盤連接，相鄰的另外兩組折疊連桿的兩端分別插入上述四個(gè)共用花盤的右側(cè)槽口，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與花盤連接;通過改變基本可展單元的數(shù)量，能夠改變第一空間可展機(jī)構(gòu)的長度。7.權(quán)利要求1或2所述的單自由度過約束剪式可展單元及其組成的空間可展機(jī)構(gòu)，其特征在于:由單自由度過約束剪式可展單元組成的第二空間可展機(jī)構(gòu)，它包括多個(gè)基本可展單元，多個(gè)基本可展單元按順序橫向和縱向排列，相鄰基本可展單元通過共用四個(gè)花盤和一組剪叉折疊桿，其連接方式與第一空間可展機(jī)構(gòu)相同;通過改變基本可展單元的數(shù)量，能夠改變第二空間可展機(jī)構(gòu)的大小。
【文檔編號】B64G1/22GK205499405SQ201620212210
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】趙永生, 韓博, 許允斗, 姚建濤, 劉文蘭, 張東勝, 陳亮亮
【申請人】燕山大學(xué)